摘要
細胞對流又稱細胞環流或貝納環流。一種有明顯組織的、常呈細胞狀分布的流體對流運動。
細胞對流
定義
【細胞對流】(cellular convection)又稱細胞環流或貝納環流。一種有明顯組織的、常呈細胞狀分布的流體對流運動。
一薄層流體均勻加熱到一定程度后,流體中通過熱傳導形成溫度梯度而變得不穩定,在隨機擾動激發下,會出現細胞狀結構的周期性分布的定常對流。在細胞中心一般為上升運動,而四周為下沉運動,通常稱為閉細胞;但有的細胞中心為下沉運動,而四周為上升運動,通常稱為開細胞。這一現象首先由貝納于1901年在實驗中發現,故又稱貝納細胞或貝納環流。
細胞對流發展的判據為瑞利數是否大于臨界值。瑞利數式中g為重力加速度,T為溫度,T1-T0為厚度h的流體層上下面溫度差,v、x分別為流體運動粘度和導熱系數。大氣運動中應用瑞利數時,應以位溫或相當位溫來代替氣溫,并以瑞利運動粘度和湍流導熱系數代替流體的分子運動粘度和分子導熱系數。當流體運動有切變時,細胞對流可發展成波狀。

在自然大氣中,層積云和高積云有時有明顯的細胞狀和波狀結構。衛星觀測表明,大范圍積云的形狀和排列有時很像細胞對流,每個細胞的水平直徑為10-100km,垂直厚度比水平尺度小得多,這種環流稱為中尺度細胞對流,它可能是開細胞環流,也可能是閉細胞環流。另外,云只在空氣上升達到水汽飽和的部分生成,所以云中呈現出來的細胞對流只是大氣中細胞對流的一部分。